Algoritmo de control de congestión para comunicaciones vehiculares V2X en escenarios heterogéneos

Abstract

Durante los últimos años, el desarrollo de los vehículos autónomos conectados ha impulsado el crecimiento de las comunicaciones vehiculares cooperativas, convirtiéndose en un elemento fundamental para mejorar la seguridad vial, la eficiencia del tráfico y las capacidades de conducción autónoma. Estos sistemas se basan en las comunicaciones V2X (Vehicle-to-Everything), que permiten el intercambio de información entre vehículos e infraestructuras mediante distintos servicios cooperativos. Sin embargo, el incremento progresivo del número de vehículos conectados y la aparición de nuevos servicios V2X con requisitos de comunicación heterogéneos plantean importantes desafíos relacionados con la gestión eficiente de los recursos radioeléctricos y el control de la congestión en el canal inalámbrico. Los mecanismos de control de congestión actualmente estandarizados por ETSI, como Adaptive DCC (Decentralized Congestion Control), fueron diseñados bajo hipótesis de tráfico relativamente homogéneas y no consideran explícitamente las diferentes necesidades de transmisión ni la prioridad de los servicios V2X. Como consecuencia, su aplicación en escenarios heterogéneos puede conducir a asignaciones ineficientes de los recursos de comunicación. En este trabajo se analizan las limitaciones de los mecanismos de control de congestión existentes y se estudia la nueva arquitectura de gestión de recursos propuesta por ETSI para la Release 2. Sobre esta arquitectura se desarrollan dos mecanismos de gestión de recursos distribuidos. El primero, DA (Demand-Aware), adapta dinámicamente la asignación de recursos a las necesidades reales de transmisión de cada vehículo. El segundo, denominado DPA (Demand-Priority-Aware), extiende el enfoque anterior incorporando mecanismos de priorización y coordinación distribuida que permiten garantizar un tratamiento preferente a los servicios más críticos bajo condiciones de congestión. Las soluciones propuestas se han implementado en un entorno de simulación basado en OMNeT++ con los frameworks Veins e INET, integrando un nuevo módulo de gestión de recursos dentro de la estación ITS y modificando los servicios V2X para adaptarse dinámicamente a las restricciones de transmisión calculadas.

In recent years, the development of connected autonomous vehicles has driven the growth of cooperative vehicular communications, becoming a key enabler for improving road safety, traffic efficiency, and autonomous driving capabilities. These systems rely on V2X (Vehicle-to-Everything) communications, which enable information exchange among vehicles and infrastructure through a variety of cooperative services. However, the increasing number of connected vehicles and the emergence of new V2X services with heterogeneous communication requirements introduce significant challenges related to the efficient management of radio resources and congestion control in the wireless channel. Current congestion control mechanisms standardized by ETSI, such as Adaptive DCC (Decentralized Congestion Control), were designed under relatively homogeneous traffic assumptions and do not explicitly consider the different transmission requirements or priorities of V2X services. As a result, their application in heterogeneous scenarios may lead to inefficient communication resource allocation. This work analyzes the limitations of existing congestion control mechanisms and studies the new resource management architecture proposed by ETSI for Release 2. Based on this architecture, two distributed resource management mechanisms are developed. The first one, DA (Demand-Aware), dynamically adapts resource allocation according to the actual transmission requirements of each vehicle. The second one, DPA (Demand-Priority-Aware), extends the previous approach by incorporating prioritization and distributed coordination mechanisms that provide preferential treatment to the most critical services under congested channel conditions. The proposed solutions have been implemented in a simulation environment based on OMNeT++ using the Veins and INET frameworks, integrating a new resource management module within the ITS station and extending the V2X services to dynamically adapt their transmission behavior according to the resource constraints imposed by the management system.